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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023144759
(43)【公開日】2023-10-11
(54)【発明の名称】吸音材構造
(51)【国際特許分類】
G10K 11/168 20060101AFI20231003BHJP
G10K 11/16 20060101ALI20231003BHJP
【ＦＩ】
G10K11/168
G10K11/16 120
【審査請求】未請求
【請求項の数】3
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022051889
(22)【出願日】2022-03-28
(71)【出願人】
【識別番号】000173784
【氏名又は名称】公益財団法人鉄道総合技術研究所
(71)【出願人】
【識別番号】000006839
【氏名又は名称】日鉄建材株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100149548
【弁理士】
【氏名又は名称】松沼 泰史
(74)【代理人】
【識別番号】100126664
【弁理士】
【氏名又は名称】鈴木 慎吾
(74)【代理人】
【識別番号】100189348
【弁理士】
【氏名又は名称】古都 智
(74)【代理人】
【識別番号】100147267
【弁理士】
【氏名又は名称】大槻 真紀子
(72)【発明者】
【氏名】佐藤 大悟
(72)【発明者】
【氏名】豊原 匡志
(72)【発明者】
【氏名】山本 健次郎
(72)【発明者】
【氏名】阿部 幸夫
【テーマコード（参考）】
5D061
【Ｆターム（参考）】
5D061AA06
5D061AA22
5D061BB21
5D061DD11
(57)【要約】
【課題】製造工程を簡略化することができる吸音材構造を提供することである。
【解決手段】実施形態の吸音材構造１００は、音の伝搬方向であるＰ方向に沿って順に配置される第１層１０および第２層２０を有する。第１層１０および第２層２０は、繊維素材により形成される。第２層２０の密度は、Ｐ方向の上流側ほど大きい。
【選択図】図１
【解決手段】実施形態の吸音材構造１００は、音の伝搬方向であるＰ方向に沿って順に配置される第１層１０および第２層２０を有する。第１層１０および第２層２０は、繊維素材により形成される。第２層２０の密度は、Ｐ方向の上流側ほど大きい。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
音の伝搬方向である第１方向に沿って順に配置される第１層および第２層を有し、
前記第１層および前記第２層は、繊維素材により形成され、
前記第２層の密度は、前記第１方向の上流側ほど大きい、
吸音材構造。
前記第１層および前記第２層は、繊維素材により形成され、
前記第２層の密度は、前記第１方向の上流側ほど大きい、
吸音材構造。
【請求項2】
前記第２層の全体の前記第１方向の流れ抵抗を前記第２層の前記第１方向の厚さで除算した前記第２層の前記第１方向の単位厚さ当たりの流れ抵抗は、１３．１×１０３Ｎ・ｓ／ｍ４以上、１００．０×１０３Ｎ・ｓ／ｍ４以下である、
請求項１に記載の吸音材構造。
請求項１に記載の吸音材構造。
【請求項3】
前記第１層の密度は、前記第１方向に沿って同等であり、
前記第１層の全体の前記第１方向の流れ抵抗を前記第１層の前記第１方向の厚さで除算した前記第１層の前記第１方向の単位厚さ当たりの流れ抵抗は、２．２０×１０３Ｎ・ｓ／ｍ４以上、１１．０×１０３Ｎ・ｓ／ｍ４以下である、
請求項１または２に記載の吸音材構造。
前記第１層の全体の前記第１方向の流れ抵抗を前記第１層の前記第１方向の厚さで除算した前記第１層の前記第１方向の単位厚さ当たりの流れ抵抗は、２．２０×１０３Ｎ・ｓ／ｍ４以上、１１．０×１０３Ｎ・ｓ／ｍ４以下である、
請求項１または２に記載の吸音材構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、鉄道高架橋用防音壁又は各種の建築用壁材として用いられる吸音材構造に関する。
【背景技術】
【0002】
鉄道、自動車などの走行経路には、防音壁や防音パネル表面での反射音を低減するために、音源側表面に吸音パネルが設置されることが多い。吸音パネルには、様々な材料や厚さの吸音材が使用される。
【0003】
高速鉄道走行時の走行装置付近で発生する音は、人の聴感特性上、特に不快となる８００Ｈｚから３１５０Ｈｚの１／３オクターブバンド中心周波数の成分が卓越する。その対策として、特許文献１発明の吸音材構造が提案されている。この吸音材構造は、音源に近い側に配置される第１層と、音源より遠い側に配置される第２層とを少なくとも有する積層体を具備する。第１層は、音の伝搬方向に沿って第２層よりも厚く、かつ第２層よりも相対的に流れ抵抗が小さい繊維素材からなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２０２１－１３１４２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
特許文献１発明の吸音材構造において、各層に用いる繊維素材の構造は、均質・等方であることが望ましい。第２層は、相対的に第１層よりも流れ抵抗が大きい。第２層は、例えば繊維素材の両面を加熱および加圧（熱プレス）により高密度化して製造される。厚さ方向に対して均質に高密度化するためには、加熱加圧時間を長くすることが必要となり、吸音材構造の製造工程を簡略化することが求められる。
本発明が解決しようとする課題は、製造工程を簡略化することができる吸音材構造を提供することである。
本発明が解決しようとする課題は、製造工程を簡略化することができる吸音材構造を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明の吸音材構造は、音の伝搬方向である第１方向に沿って順に配置される第１層および第２層を有する。第１層および第２層は、繊維素材により形成される。第２層の密度は、第１方向の上流側ほど大きい。
【0007】
第２層の全体の第１方向の流れ抵抗を第２層の第１方向の厚さで除算した第２層の第１方向の単位厚さ当たりの流れ抵抗は、１３．１×１０３Ｎ・ｓ／ｍ４以上、１００．０×１０３Ｎ・ｓ／ｍ４以下である。
【0008】
第１層の密度は、第１方向に沿って同等である。第１層の全体の第１方向の流れ抵抗を第１層の第１方向の厚さで除算した第１層の第１方向の単位厚さ当たりの流れ抵抗は、２．２０×１０３Ｎ・ｓ／ｍ４以上、１１．０×１０３Ｎ・ｓ／ｍ４以下である。
【発明の効果】
【0009】
本発明の吸音材構造は、人の聴感特性上、特に不快となる８００Ｈｚから３１５０Ｈｚの１／３オクターブバンド中心周波数の帯域で、高い吸音率を有する。第２層の密度は第１方向の上流側ほど大きいので、第２層は片面熱プレスにより製造可能である。したがって、製造工程を簡略化することができる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】実施形態の吸音材構造の側面図。
【図2】熱プレス加工装置の概略構成図。
【図3】吸音率の測定装置の概略構成図。
【図4】第１実施例および第１比較例の吸音率のグラフ。
【図5】第２実施例、第２比較例および第３比較例の吸音率のグラフ。
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下、実施形態の吸音材構造を、図面を参照して説明する。
図１は、実施形態の吸音材構造１００の側面図である。吸音材構造１００は、音源Ｎから入射した音を吸収して、音の再出射（反射）を抑制する。音源Ｎは、例えば走行する鉄道車両である。吸音材構造１００は、壁体Ｗの表面に沿って配置される。吸音材構造１００と壁体Ｗとの間に空気層４０が存在してもよい。空気層４０の厚さは、例えば０～１００ｍｍである。
図１は、実施形態の吸音材構造１００の側面図である。吸音材構造１００は、音源Ｎから入射した音を吸収して、音の再出射（反射）を抑制する。音源Ｎは、例えば走行する鉄道車両である。吸音材構造１００は、壁体Ｗの表面に沿って配置される。吸音材構造１００と壁体Ｗとの間に空気層４０が存在してもよい。空気層４０の厚さは、例えば０～１００ｍｍである。
【0012】
吸音材構造１００は、複数の吸音材層の積層体３０である。吸音材構造１００は、吸音材層として、少なくとも第１層１０および第２層２０を有する。第１層１０および第２層２０は、音の伝搬方向であるＰ方向（第１方向）に沿って順に配置される。第１層１０は音源Ｎに近い側に配置され、第２層２０は音源Ｎから遠い側に配置される。第１層１０および第２層２０は、ポリエステルやグラスウール、ポリプロピレン、アクリルなどの繊維素材で形成される多孔質体である。第１層１０と第２層２０とは接触しているが、両者は接着されていない。
【0013】
吸音材構造１００に対する入射音は、吸音材構造１００の内部で減衰する。入射音の一部は、吸音材構造１００の表面および裏面、並びに第１層１０と第２層との境界面で反射する。入射音および反射音は相互に干渉し、周波数に応じて強めあったり弱めあったりする。反射音の一部は、吸音材構造１００の表面から出射する。吸音材構造１００の入射音に対する出射音の割合が小さいほど、吸音材構造１００の垂直入射吸音率（以下、単に吸音率と言う場合がある。）は大きい。吸音材構造１００の吸音率は、周波数特性を有する。
【0014】
高速鉄道走行時の走行装置付近で発生する音は、人の聴感特性上、特に不快となる８００Ｈｚから３１５０Ｈｚの１／３オクターブバンド中心周波数の成分が卓越する。吸音材構造１００には、この周波数帯域における吸音率の向上が求められる。
【0015】
繊維素材で形成された吸音材の吸音率は、吸音材層厚さと、吸音材の特性インピーダンスと伝搬定数から決定される。特性インピーダンスと伝搬定数は吸音材内部での音の伝搬状況を規定し、吸音材ごとに固有である。特性インピーダンスと伝搬定数の異なる第１層１０と第２層２０を用いて各厚さを変化させることにより、吸音材構造１００の吸音率の周波数特性が変化する。
【0016】
繊維素材からなる吸音材中での空気の流れにくさの指標として、流れ抵抗が知られている。特性インピーダンスと伝搬定数は、それぞれ流れ抵抗と高い相関を有する。隣接する吸音材層の流れ抵抗の相違が、両者の境界面における音の反射の程度などに影響を与える。吸音材構造１００の第１層１０に対する第２層２０の流れ抵抗を調整することにより、吸音材構造１００の吸音率の周波数特性を調整することができる。
吸音材層の単位厚さ当たりの流れ抵抗Ｒ１は、次式で表される。
吸音材層の単位厚さ当たりの流れ抵抗Ｒ１は、次式で表される。
【0017】
【数1】
【0018】
繊維素材で形成された多孔質吸音材の流れ抵抗Ｒ１は、その繊維径μと嵩密度ρｍに依存して、数式２のような関係にあると言われる。
【0019】
【数2】
【0020】
流れ抵抗の測定規格は複数あるが、本願ではＡＳＴＭ Ｃ ５２２に準拠して流れ抵抗Ｒ１を測定した。吸音材構造１００の第１層１０および第２層２０につき、図１に符号Ｓで示す円柱形状の試料を作成して、流れ抵抗Ｒ１を測定した。円柱形状の試料Ｓの中心軸は、Ｐ方向と平行である。
【0021】
第１層１０として、ポリエステル繊維素材により、表１に示す３種類の試料Ａ１，Ｂ１，Ｃ１を作成した。
【0022】
【表1】
【0023】
各試料種類の密度および厚さは公称値である。試料種類Ａ１，Ｂ１，Ｃ１に用いる繊維素材の構造は、均質・等方である。試料種類Ａ１として、密度２４ｋｇ／ｍ３、厚さ５０ｍｍの試料を作成した。試料種類Ｂ１として、密度３２ｋｇ／ｍ３、厚さ５０ｍｍの試料を作成した。試料種類Ｃ１として、最初に密度２４ｋｇ／ｍ３、厚さ５０ｍｍの初期試料を作成し、その初期試料を両面熱プレス加工して、密度４０ｋｇ／ｍ３、厚さ３０ｍｍの試料を作成した。
【0024】
図２は、熱プレス加工装置５０の概略構成図である。熱プレス加工装置５０は、加熱盤５２と、加圧盤５４と、を有する。加圧盤５４は、加熱盤５２に対して接近および離反が可能である。
【0025】
熱プレス加工では、加熱盤５２と加圧盤５４との間に試料Ｓを配置する。試料Ｓの第１面Ｓ１を加熱盤５２で加熱する。試料Ｓの第２面Ｓ２を加圧盤５４で加圧する。加熱される第１面Ｓ１に近いほど、試料Ｓが圧縮されて密度が増加する。
【0026】
片面熱プレス加工では、第１面Ｓ１の加熱および第２面Ｓ２の加圧のみを実施する。これにより、第２面Ｓ２から第１面Ｓ１にかけて密度が大きくなり、密度勾配を有する試料Ｓが作成される。加工後の第１面Ｓ１の密度は、加工前の試料Ｓの密度より大きい。加工後の第２面Ｓ２の密度は、加工前の試料Ｓの密度と同等である。加圧盤５４に加圧と加熱の両機能を持たせ、第１面Ｓ１から第２面Ｓ２にかけて密度を大きくして、密度勾配を有する試料Ｓを作成しても良い。
【0027】
両面熱プレス加工では、第１面Ｓ１の加熱および第２面Ｓ２の加圧の後に、試料Ｓを反転させて、第２面Ｓ２の加熱および第１面Ｓ１の加圧を実施する。加熱面付近の密度が大きくなる傾向があるため、厚さ方向に密度を均一化する試料Ｓを作成するためには、加熱温度を弱めて長時間の加熱および加圧を行う必要ある。加工後の試料Ｓの全体の密度は、加工前の試料Ｓの密度より大きい。
【0028】
第１層１０の試料種類Ａ１，Ｂ１，Ｃ１に含まれる複数の試料について、流れ抵抗Ｒ１を測定した。流れ抵抗Ｒ１は、試料全体で測定した厚さ方向の流れ抵抗を、試料の厚さで除算したものである。各試料種類Ａ１，Ｂ１，Ｃ１の流れ抵抗Ｒ１の平均、標準偏差σおよび平均±３σの値を表１に示す。流れ抵抗Ｒ１が小さい試料種類Ａ１の平均－３σの値は、２．２０×１０３Ｎ・ｓ／ｍ４である。流れ抵抗Ｒ１が大きい試料種類Ｃ１の平均＋３σの値は、１０．６×１０３Ｎ・ｓ／ｍ４である。第１層１０の流れ抵抗Ｒ１は、２．２０×１０３Ｎ・ｓ／ｍ４以上、１１．０×１０３Ｎ・ｓ／ｍ４以下（または１０．６×１０３Ｎ・ｓ／ｍ４以下）の範囲に分布する。
【0029】
第２層２０として、ポリエステル繊維素材により、表２に示す３種類の試料Ａ２，Ｂ２，Ｃ２を作成した。
【0030】
【表2】
【0031】
試料種類Ａ２，Ｂ２，Ｃ２は、最初に均質・等方の繊維素材の初期試料を作成し、その初期試料を片面熱プレス加工して作成した。試料種類Ａ２として、最初に密度２４ｋｇ／ｍ３、厚さ５０ｍｍの初期試料を作成し、その初期試料を片面熱プレス加工して、厚さ２０ｍｍの試料を作成した。試料種類Ｂ２として、最初に密度４０ｋｇ／ｍ３、厚さ５０ｍｍの初期試料を作成し、その初期試料を片面熱プレス加工して、厚さ２０ｍｍの試料を作成した。試料種類Ｃ２として、最初に密度３２ｋｇ／ｍ３、厚さ１００ｍｍの初期試料を作成し、その初期試料を片面熱プレス加工して、厚さ２０ｍｍの試料を作成した。片面熱プレス加工後の各試料は前述した密度勾配を有するため、表２には加工後の密度が記載されていない。第２層２０の試料種類Ａ２，Ｂ２，Ｃ２の厚さは２０ｍｍであり、第１層１０の試料種類Ａ１，Ｂ１，Ｃ１の厚さ５０ｍｍより薄い。
【0032】
第２層２０の試料種類Ａ２，Ｂ２，Ｃ２に含まれる複数の試料について、流れ抵抗Ｒ１を測定した。流れ抵抗Ｒ１は、試料全体で測定した厚さ方向の流れ抵抗を、試料の厚さで除算したものである。これらの試料は厚さ方向に密度勾配を有する。前述した数式２から分かるように、嵩密度ρｍが大きいほど流れ抵抗Ｒ１が大きい。そのため、これらの試料は厚さ方向に流れ抵抗Ｒ１の勾配を有する。
【0033】
各試料種類Ａ２，Ｂ２，Ｃ２の流れ抵抗Ｒ１の平均、標準偏差σおよび平均±３σの値を表２に示す。流れ抵抗Ｒ１が小さい試料種類Ａ２の平均－３σの値は、１３．１×１０３Ｎ・ｓ／ｍ４である。流れ抵抗Ｒ１が大きい試料種類Ｃ２の平均＋３σの値は、９３．７×１０３Ｎ・ｓ／ｍ４である。第２層２０の流れ抵抗Ｒ１は、１３．１×１０３Ｎ・ｓ／ｍ４以上、１００．０×１０３Ｎ・ｓ／ｍ４以下（または９３．７×１０３Ｎ・ｓ／ｍ４以下）の範囲に分布する。
【0034】
前述したように、試料の（単位厚さ当たりの）流れ抵抗Ｒ１は、試料全体で測定した厚さ方向の流れ抵抗を、試料の厚さで除算したものである。片面熱プレス加工により作成した試料は、厚さ方向に流れ抵抗Ｒ１の勾配を有する。この試料について、厚さ方向の特定部分の流れ抵抗Ｒ１を測定することは困難である。ただし、この試料において流れ抵抗Ｒ１が最小となる第１端部の流れ抵抗Ｒ１は、片面熱プレス加工前の試料の流れ抵抗Ｒ１と同等であると推定される。また、この試料において流れ抵抗Ｒ１が最大となる第２端部の流れ抵抗Ｒ１は、両面熱プレス加工後の試料の流れ抵抗Ｒ１と同等であると推定される。
【0035】
第１層１０および第２層２０の試料を組み合わせた吸音材構造１００につき、吸音率を測定した。以下の吸音材構造１００の実施例および比較例の吸音率（図４および図５参照）は、吸音材構造１００と壁体Ｗとの間の空気層４０（図１参照）を０ｍｍとした場合の吸音率である。吸音率は、ＪＩＳ Ａ １４０５－２に準拠して測定した。
図３は、吸音率の測定装置６０の概略構成図である。吸音率の測定装置６０は、音響管Ｔと、音源（スピーカー）Ｎと、マイクロホンＭと、を有する。音響管Ｔは、円筒形状である。音響管Ｔは、壁体Ｗを有する。壁体Ｗは、音響管Ｔの一方の端部に配置され、音響管Ｔの開口を閉塞する。音源Ｎは、音響管Ｔの他方の端部に配置され、音響管Ｔの開口を閉塞する。マイクロホンＭは、音響管Ｔの軸方向の中間部に配置される。マイクロホンＭは、音響管Ｔの外周に装着され、マイクロホンＭの先端は音響管Ｔの内径と同じ高さで音響管Ｔの内部に露出する。
図３は、吸音率の測定装置６０の概略構成図である。吸音率の測定装置６０は、音響管Ｔと、音源（スピーカー）Ｎと、マイクロホンＭと、を有する。音響管Ｔは、円筒形状である。音響管Ｔは、壁体Ｗを有する。壁体Ｗは、音響管Ｔの一方の端部に配置され、音響管Ｔの開口を閉塞する。音源Ｎは、音響管Ｔの他方の端部に配置され、音響管Ｔの開口を閉塞する。マイクロホンＭは、音響管Ｔの軸方向の中間部に配置される。マイクロホンＭは、音響管Ｔの外周に装着され、マイクロホンＭの先端は音響管Ｔの内径と同じ高さで音響管Ｔの内部に露出する。
【0036】
吸音率の測定では、壁体Ｗの内側に吸音材構造１００の試料を取り付ける。音源Ｎにより、音響管Ｔの内部に平面波を励起する。マイクロホンＭにより、試料に近い二つの位置で音圧を測定する。二つのマイクロホン信号の複素音圧伝達関数を求め、それを用いて試料の吸音率の計算を行う。吸音率αは、数式３で表される。
【0037】
【数3】
【0038】
吸音材構造１００の第１実施例は、第１層１０として試料種類Ａ１の試料ａ１を採用し、第２層２０として試料種類Ａ２の試料ａ２を採用したものである。
吸音材構造１００の第２実施例は、第１層１０として試料種類Ａ１の試料ａ１を採用し、第２層２０として試料種類Ｃ２の試料ｃ２を採用したものである。
吸音材構造１００の第２実施例は、第１層１０として試料種類Ａ１の試料ａ１を採用し、第２層２０として試料種類Ｃ２の試料ｃ２を採用したものである。
【0039】
第２層２０の試料ａ２，ｃ２は、前述した密度勾配を有する。第１および第２実施例では、音の伝搬方向であるＰ方向の上流側ほど密度が大きくなるように、第２層２０の試料ａ２，ｃ２を配置した。第２層２０の密度および流れ抵抗Ｒ１は、第１層１０に近いほど大きい。第１層１０と第２層２０との境界面において、両者の流れ抵抗Ｒ１の差が大きい。
【0040】
各試料の密度、厚さ、および流れ抵抗Ｒ１の実測値を表３に示す。各試料の密度は、各試料の質量を体積で除算したものである。第１および第２実施例の第２層２０の試料ａ２，ｃ２は厚さ方向に密度勾配を有するため、試料ａ２，ｃ２の密度は厚さ方向の平均密度に相当する。
【0041】
【表3】
【0042】
吸音材構造１００の第１比較例は、第１層１０として試料種類Ａ１の試料ａ１を採用し、第２層２０として試料ｘ２を採用したものである。試料ｘ２は、最初に密度２４ｋｇ／ｍ３、厚さ５０ｍｍ（いずれも公称値）の初期試料を作成し、その初期試料を両面熱プレス加工して、密度６０ｋｇ／ｍ３、厚さ２０ｍｍ（いずれも公称値）としたものである。前述した第１実施例の第２層２０の試料ａ２は、初期試料を片面熱プレス加工したものであるのに対して、第１比較例の第２層２０の試料ｘ２は、同じ初期試料を両面熱プレス加工したものである。表３から分かるように、試料ａ２および試料ｘ２の密度、厚さおよび流れ抵抗Ｒ１の実測値は、相互に近い値を示している。
【0043】
吸音材構造１００の第２比較例は、第１層１０として試料種類Ａ１の試料ａ１を採用し、第２層２０として試料ｙ２を採用したものである。試料ｙ２は、繊維直径が約５μｍ（実測)と小さい化学繊維素材により形成したものである。前述した数式２から分かるように、繊維径μが小さいほど流れ抵抗Ｒ１が大きい。表３から分かるように、第２比較例の試料ｙ２の密度は第２実施例の試料ｃ２より小さいが、試料ｙ２の流れ抵抗Ｒ１は試料ｃ２に近い。
【0044】
吸音材構造１００の第３比較例は、第１層１０として試料種類Ａ１の試料ａ１を採用し、第２層２０として試料ｚ２を採用したものである。試料ｚ２は、直径２０～３０μｍの繊維と直径約５μｍ（いずれも実測）の繊維とが混合された化学繊維素材（３Ｍ社製シンサレート）により形成したものである。表３から分かるように、第３比較例の試料ｚ２の密度は第２実施例の試料ｃ２より小さいが、試料ｚ２の流れ抵抗Ｒ１は試料ｃ２に近い。
【0045】
前述したように、第１実施例の試料ａ２は初期試料を片面熱プレス加工したものであるのに対して、第１比較例の試料ｘ２は、同じ初期試料を両面熱プレス加工したものである。試料ａ２および試料ｘ２は、同等の流れ抵抗Ｒ１を有する。一方、第２実施例の第２層２０の試料ｃ２は、最初に密度３２ｋｇ／ｍ３、厚さ１００ｍｍの初期試料を作成し、その初期試料を片面熱プレス加工して、厚さ２０ｍｍとしたものである。同じ初期試料を両面熱プレス加工して作成する試料は、第２および第３比較例と同等の流れ抵抗Ｒ１を有すると考えられる。
【0046】
図４は、第１実施例および第１比較例の吸音率のグラフである。前述したように、高速鉄道走行時の走行装置付近で発生する音は、人の聴感特性上、特に不快となる８００Ｈｚから３１５０Ｈｚの１／３オクターブバンド中心周波数の成分が卓越する。吸音材構造１００には、この周波数帯域における吸音率の向上が求められる。
【0047】
８００Ｈｚで吸音率０．７以上を実現するため、厚さ５０ｍｍ以上の吸音材が使われることが多い。例えば、吸音材としてグラスウール（厚さ５０ｍｍ）を用いた場合、１０００Ｈｚ～２５００Ｈｚに吸音率の極大を有し、その周波数特性は凸形状を示す。一方、その極大の前後の周波数の吸音率は低下する。そのため、幅広い周波数成分を有する不快音に対しては吸音材による防音効果が十分得られない場合がある。
【0048】
これはグラスウール以外の吸音材でも同様のことが言える。例えば、密度２４ｋｇ／ｍ３のポリエステル繊維素材の吸音材において、厚さ５０ｍｍの場合の吸音率の極大は２０００Ｈｚ付近であり、厚さ７０ｍｍの場合は１２００Ｈｚ付近である。それら極大の周波数より低い周波数帯域では急激に吸音率が低下し、それより高い周波数帯域では比較的緩やかな谷状に吸音率が低下する。
【0049】
図４に示すように、第１実施例の吸音材構造１００では、８００Ｈｚ以上の周波数で、吸音率αが０．９以上を示している。第１実施例は、１４００Ｈｚ付近に吸音率αの極大値を有し、２２００Ｈｚ付近に吸音率αの極小値を有する。第１実施例の吸音率αは、極小値でも約０．９８であり、極めて大きい。
【0050】
８００Ｈｚ以上の周波数において、第１実施例の吸音率αは、第１比較例の吸音率α以上である。特に、２２００Ｈｚ付近における第１実施例の吸音率αの極小値は、第１比較例の吸音率αの極小値より大きい。
【0051】
前述したように、第１実施例の試料ａ２は、片面熱プレス加工したものであるのに対して、第１比較例の試料ｘ２は、両面熱プレス加工したものである。前述したように、片面熱プレス加工では、第１面Ｓ１の加熱および第２面Ｓ２の加圧のみを実施する。両面熱プレス加工では、第１面Ｓ１の加熱および第２面Ｓ２の加圧の後に、試料Ｓを反転させて、第２面Ｓ２の加熱および第１面Ｓ１の加圧を実施する。第１実施例の試料ａ２の製造工程は、第１比較例の試料ｘ２の製造工程に比べて簡略化されている。この場合でも、第１実施例の吸音材構造１００は、第１比較例に比べて同等以上の吸音率αを示す。
【0052】
第１実施例の吸音材構造１００は、製造工程が簡略化された試料種類Ａ２，Ｂ２，Ｃ２のうち、流れ抵抗Ｒ１が小さい試料種類Ａ２の試料ａ２を採用したものである。以上の結果により、流れ抵抗Ｒ１が小さい試料ａ２を採用する場合でも、製造工程を簡略化しつつ高い吸音率αを示すことが確認された。
【0053】
図５は、第２実施例、第２比較例および第３比較例の吸音率のグラフである。第２実施例の吸音材構造１００では、８００Ｈｚ以上の周波数で、吸音率αが０．９以上を示している。第２実施例は、１７００Ｈｚ付近に吸音率αの極大値を有し、１７００Ｈｚ以上の周波数では吸音率αが緩やかに減少している。
【0054】
８００Ｈｚ以上の周波数で、第２実施例の吸音率αは、第２および第３比較例の吸音率αと同等である。８００Ｈｚから１７００Ｈｚの範囲では、第２実施例の吸音率αは第３比較例と同等だが、第２比較例より低い。１７００Ｈｚ以上の範囲では、第２実施例の吸音率αが、第２および第３比較例より高い。
【0055】
前述したように、第２実施例の試料ｃ２は、初期試料を片面熱プレス加工して作成したものである。同じ初期試料を両面熱プレス加工して作成する試料に比べて、第２実施例の試料ｃ２の製造工程は簡略化されている。同じ初期試料を両面熱プレス加工して作成する試料は、第２および第３比較例と同等の流れ抵抗Ｒ１を有すると考えられる。前述したように、第２実施例の吸音材構造１００は、第２および第３比較例と同等の吸音率αを示している。そのため、第２実施例の吸音材構造１００は、同じ初期試料を両面熱プレス加工して作成する試料と、同等の吸音率αを示すと考えられる。
【0056】
第２実施例の吸音材構造１００は、製造工程が簡略化された試料種類Ａ２，Ｂ２，Ｃ２のうち、流れ抵抗Ｒ１が大きい試料種類Ｃ２の試料ｃ２を採用したものである。以上の結果により、流れ抵抗Ｒ１が大きい試料ｃ２を採用する場合でも、製造工程を簡略化しつつ高い吸音率αを示すことが確認された。
【0057】
上記比較実験では、一部の流れ抵抗Ｒ１の試料についてのみ周波数と吸音率αとの関係を測定した。しかし、上記比較実験以外においても、第２層２０の密度がＰ方向の上流側ほど大きいという条件下で、第１層１０の流れ抵抗Ｒ１が２．２０～１１．０×１０３Ｎ・ｓ／ｍ４の範囲にあり、第２層２０の流れ抵抗Ｒ１が１３．１～１００．０×１０３Ｎ・ｓ／ｍ４の範囲にある場合に、いずれも８００～３２００Ｈｚの周波数で吸音率αが高くなることが確認されている。
【0058】
以上に詳述したように、実施形態の吸音材構造１００は、音の伝搬方向であるＰ方向に沿って順に配置される第１層１０および第２層２０を有する。第１層１０および第２層２０は、繊維素材により形成される。第２層２０の密度は、Ｐ方向の上流側ほど大きい。
【0059】
この吸音材構造１００は、人の聴感特性上、特に不快となる８００Ｈｚから３１５０Ｈｚの１／３オクターブバンド中心周波数の帯域で、高い吸音率αを示す。第２層２０の密度はＰ方向の上流側ほど大きいので、第２層２０は片面熱プレスにより製造可能である。したがって、製造工程を簡略化することができる。
【0060】
以上、本発明の一実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の構成の変更、組み合わせ、削除等も含まれる。
【0061】
実施形態では、均質・等方の繊維素材の初期試料を片面熱プレス加工して、流れ抵抗Ｒ１の勾配を有する試料を作成した。前述した数式２から分かるように、流れ抵抗Ｒ１は、繊維径μおよび嵩密度ρｍの関数である。そこで、厚さ方向に繊維径または繊維密度を変化させることにより、流れ抵抗Ｒ１の勾配を有する試料を作成してもよい。
【0062】
実施形態の吸音材構造１００では、第１層１０と第２層２０とが接触している。これに対して、第１層１０と第２層２０との間に中間空気層が存在してもよい。中間空気層の厚さは、例えば０～２０ｍｍである。
【符号の説明】
【0063】
Ｐ…音の伝搬方向、１０…第１層、２０…第２層、１００…吸音材構造。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】